低速轴承跑合测试装置控制系统设计

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1、低速轴承跑合测试装置控制系统设计第1章绪论1.1课题研究的意义轴承是现代机械装置内部结构中最重要的部件之一，其加工的精密度、使用寿命长短以及所能承受的额定动载荷等参数对机械装置正常运行起到关键的作用。轴承属于高度精密加工的零部件，在理论研究方面应用到了数学、物理等基础知识，在实际制造过程中应用到了材料力学、机械加工、热处理技术等科学技术[1]。轴承的加工与研制对国家科学技术发展起到了举足轻重的作用。轴承在使用中的润滑也成为研究的热点，轴承润滑主要作用有：(l)在轴承的内圈、滚动体和外圈之间增加润滑工艺，避免发生直接接触，降低使用过程中的损耗；(2)增加轴承的使用寿命，在轴承使用过程中，如果接触

2、面之间润滑性能优良，则会延长轴承的使用周期；(3)轴承的润滑会对轴承使用期间产生的热量起到良好的排散作用，避免轴承转动时热量过高引起老化；(4)轴承润滑还可以对轴承自身起到一定保护作用，降低生锈的可能性，减少外部因素造成的腐蚀[2]。近年来，随着人类在科学发展的道路上进一步的前进，冶金轧钢设备、灌装设备、水轮机、气轮机、航海、航天等对人类社会产生越来越深的影响。这些科技领域要求机械装置在高温、高速度以及深海或者真空环境下进行工作，普通的润滑油膜无法满足这种需求。固体自润滑轴承利用固体润滑剂的自润滑性能，在工作过程中不需要加油维护，并且适应能力强、构造简单而被广泛使用[3]。研制基于固体自润滑轴

3、承加工的数控系统成为一项重要研究内容。本课题是基于MoS2固体自润滑轴承加工制作的一套跑合测试装置，轴承跑合在实际效果上来看属于一个对轴承进行磨合的过程，主要作用有：(1)消除无效的柱状层镀层，留下起润滑作用的过渡层和致密层，降低摩擦系数；(2)通过滚压提高轴承内外圈表面质量，减小活动轴系的力矩波动。经过跑合的轴承安装到主机上之后即可直接进入稳定工作状态。课题主要研究跑合测试装置控制系统设计[4]。..1.2数控技术概念及发展历程数控技术(NumericalControl-NC)是采用数字化信息，按照指定的控制程序和运动速度对被控制对象进行自动控制。作为现代化控制技术的基础，数控技术结合了计算

4、机科学与技术、自动化控制原理、电力电子与电力传动、机械加工等科学技术，逐渐转变为现代科学技术里面重要组成部分[5]。数控技术由于其控制精度高、控制效果稳定、高效率等优点，对现代工业系统实现自动化、智能化、一体化起到不可或缺的作用。数控技术发展水平的高低直接影响到国家基础设施产业建设，因此，发展数控技术，强化机床加工过程中数字机械化成为重要研究方向。1952年研制的三坐标数字控制铣床系统使用简单的微电子器件组成，称为第一代数控[6]。1959年，数控系统使用电子管元件和电子电路板，生产出可以自行切换刀具的数字控制机床，使数控系统走入第二个阶段。1965年，随着集成电路技术的发展，集成电路也应用于

5、数字控制系统之中[7]。此时的数控装置体积轻巧、功率低、稳定性强，促进了数控机床产品发展，使数控技术迎来了第三个阶段。这三代数字控制系统对产品进行加工都是通过简单的电路来实现的，因此成为硬件数控阶段。由于只能对单独目标进行控制且稳定性低，研制调试时间过长等缺点限制它们的发展和应用。第2章低速轴承跑合测试装置总体设计2.1低速轴承跑合测试装置总体框架结构低速轴承跑合测试装置（下文统称为跑合装置）的系统原理如图2-1，跑合装置包含工业控制计算机一部、一套驱动装置以及一套数据采集装置。跑合装置的工业控制计算机用于执行测试人员控制命令，对控制程序进行运算处理，对跑合参数进行设置，例如跑合轴承运行方向、

6、速度等数据，界面显示轴承运行转速，摩擦力矩，加载值，角位置、跑合时间等实时数据和图表。驱动装置中包含一个轴承加载和跑合驱动模块，轴承加载和跑合驱动模块对四台伺服电机进行驱动控制，其中两台伺服电机对轴承正反向转动进行驱动控制，另两台伺服电机对轴承所承受加载力进行驱动控制。数据采集装置中包含一个加载力和摩擦力矩测量模块，此模块通过加载力传感器和摩擦力矩传感器对轴承所承受的加载力和产生的摩擦力矩进行实时数据采集，并将采集到的信号传输给工控机。测试人员通过上位机对跑合装置控制系统发出控制命令，控制伺服电机对轴承开始跑合操作并进行加载力加载，通过传感器和信号采集器对跑合轴承承受的加载力数据和产生的摩擦力

7、矩进行信号采样，并把结果传送给上位机进行数据分析。2.2跑合装置整体设计要求2.2.1跑合装置的性能指标跑合装置应具备如下性能指标：1.跑合装置会处于不同环境下完成跑合实验，要求跑合装置可以组装拆卸，抗撞击与抗干扰性能优越。装置测试时需要长时间跑合，所使用元器件应达到工业级标准；2.为保证测试装置和测试人员安全，跑合装置必须具有过压保护，过流保护和过转速保护等功能，安全参数由测试人员设置；3.跑合